DE10017187A1 - Verfahren zur Erhöhung der Oxidationsbeständigkeit von Legierungen aus Aluminium und Titan - Google Patents
Verfahren zur Erhöhung der Oxidationsbeständigkeit von Legierungen aus Aluminium und TitanInfo
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Abstract
Lösungen von Hydrogenfluoriden werden zur Behandlung der Oberfläche von Legierungen aus Aluminium und Titan eingesetzt. Die Lösungen von Hydrogenfluorid können über ein Tauchverfahren, durch einen Pinsel oder mit einem Sprühverfahren mit der Legierung in Kontakt gebracht werden. Die Oberflächenbehandlung bewirkt eine signifikante Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit an Luft und an reinem Sauerstoff bei Temperaturen zwischen 800 DEG C und 1100 DEG C.
Description
Die Erfindung betrifft die Vorbehandlung der Oberflächen von Legierungen
aus Aluminium und Titan und dient der Erhöhung der Oxidationsbeständigkeit
der Legierung. Ziel ist es die Oxidationsbeständigkeit der Legierungen
oberhalb von 700°C soweit zu erhöhen, daß ein technischer Einsatz als
Leichtbauwerkstoff für Hochtemperatur-Anwendungen ermöglicht wird.
Es ist allgemein bekannt, daß der Zusatz von Halogenen eine Verbesserung
der Oxidationsbeständigkeit von Legierungen aus Aluminium und Titan im Tem
peraturbereich zwischen 800°C und 1000°C bewirkt (M. Kumagai, K. Shibue,
M.-S. Kim, M. Yonemitsu: Intermetallics (4) (1996) 557-566; G. Schumacher,
F. Dettenwanger, M. Schütze, U. Hornauer, E. Richter, E. Wieser, W. Möller,
Intermetallics (7) (1999) 1113-1120; M. Hara, Y. Kitagawa, Oxidation of Me
tals, (52), (1999), 77-94). Zum Einbringen der Halogen-Legierungszusätze
werden in der Literatur (M. Kumagai, K. Shibue, M.-S. Kim, T. Furuyama:
EP 0 580 081 A1; M. Schütze, M. Hald: EP 0 770 702 A1; M. Schütze, M. Hald:
DE 196 27 605 C1) verschiedene Verfahren beschrieben. Die Halogene werden der
oxidierenden Atmosphäre zugesetzt oder bei der Legierungsherstellung werden
dem gesamten Werkstoff 0.004 bis 1 at. % Halogenzusatz zulegiert oder es
wird nur die Oberfläche mit Halogenen vorbehandelt.
Die herkömmlichen Verfahren zur Vorbehandlung der Oberfläche beruhen dar
auf, daß Halogen-Verbindungen in festem oder flüssigem Zustand für einen
bestimmten Zeitraum auf die Oberfläche einwirken. Diese Verfahren setzen
eine Mindesteinwirkungsdauer der Halogenverbindungen auf die Oberfläche
voraus oder die Legierung muß nach Aufbringen der Halogenverbindung aufge
heizt werden. Das in dieser Erfindung vorgestellte Verfahren zur Vorbehand
lung der Legierungsoberfläche mit Lösungen von Hydrogenfluorid hat gegen
über diesen bereits bestehenden Verfahren den Vorteil, daß bereits nach ex
trem kurzen Einwirkzeiten die Oberfläche die erhöhte Oxidationsbeständig
keit aufweist. Die Proben besitzen, nachdem die Oberfläche in irgendeiner
Form mit einer Lösung von Hydrogenfluorid in Kontakt gebracht worden ist,
bereits nach ca. 1 min die verbesserte Oxidationsbeständigkeit. Diese Inno
vation wird durch die extrem hohe Reaktivität des Hydrogenfluorids bedingt.
Weiterhin sind die in diesem Verfahren angewandten Fluor-Konzentration we
sentlich niedriger als bei den herkömmlichen Verfahren zur Oberflächenbe
handlung. Während für die in Patent EP 0 580 081 A1 beschriebenen Verfahren
zwischen 0.002 mol m-2 und 2 mol m-2 Halogenzusatz pro Probenoberfläche not
wendig sind, liegen die im vorliegenden Verfahren verwendeten Fluor Konzen
trationen zwischen 1 × 10-15 mol m-2 und 8 × 10-4 mol m-2.
Die mit einer Lösung von Hydrogenfluorid behandelte Legierung aus Aluminium
und Titan besitzt zwischen 800°C und 1100°C an Luft und an reinem Sauer
stoff eine im Vergleich zu nicht vorbehandelten Legierungen aus Aluminium
und Titan um mehrere Größenordnungen verbesserte Oxidationsbeständigkeit.
Die Oxidschichtdicke liegt nach 100 h bei 900°C an Luft zwischen 500 und
700 nm und damit um 24.5 µm niedriger als bei einer nicht vorbehandelten
Legierung. Bei den mit Lösungen von Hydrogenfluorid vorbehandelten Legie
rungen liegt nach der Oxidation eine sehr gute Haftfestigkeit der schützen
den Oxidschicht vor, welche aus reinem Aluminiumoxid besteht.
Dadurch, daß sehr geringe Mindesteinwirkungszeiten bezüglich der Oberflä
chenbehandlung bei diesem Verfahren vorliegen, kann dieses Verfahren weit
aus wirtschaftlicher als herkömmliche Verfahren zur Oberflächenbehandlung
angewandt werden. Durch die geringeren Fluor-Konzentrationen handelt es
sich um einen, im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren, umweltschonen
deren Prozeß und der korrosive Angriff der im Prozeß verwendeten Anlagen
wird minimiert.
Claims (7)
1. Verwendung einer flüssigen Lösung von Hydrogenfluorid zur Behandlung der
Oberfläche von Legierungen aus Aluminium und Titan zur Verbesserung der
Oxidationsbeständigkeit dieser Legierungen zwischen 800°C und 1100°C.
2. Behandlung einer Legierung aus Aluminium und Titan nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß die Legierung neben Titan zwischen 20-65 at. %
Aluminium und in der Gesamtsumme zwischen 0 und 30 at. % weiterer
Legierungszusätze enthält. Der Titangehalt der Legierung ist entspre
chend reduziert.
3. Behandlung einer Legierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
in der Legierung als weitere Legierungszusätze die Elemente Silicium
oder Yttrium oder Zirconium oder Vanadium oder Tantal oder Molybdän oder
Niob oder Chrom oder Mangan oder Bor oder Wolfram oder eine Kombination
mehrerer der zuvor genannten Elemente vorliegen können.
4. Behandlung einer Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß eine Lösung von Hydrogenfluorid verwendet wird, durch die eine
Fluor-Konzentration auf der Werkstoffoberfläche zwischen 1 × 10-15 mol
Fluor m-2 und 8 × 10-4 mol Fluor m-2 eingestellt wird.
5. Verwendung einer Lösung von Hydrogenfluorid nach Anspruch 1, 2 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, daß Hydrogenfluorid in Wasser oder in einer an
deren polaren Flüssigkeit gelöst vorliegt.
6. Behandlung nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Lösung von Hydrogenfluorid durch ein Tauchverfahren, durch Verstreichen
mit einem Pinsel, durch ein Sprühverfahren, durch ein anderes bekanntes
Applikationsverfahren oder durch eine Kombination mehrerer Applikations
verfahren aufgebracht wird.
7. Behandlung nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Reaktion der Lösung von Hydrogenfluorid mit der Oberfläche der Legierung
bereits nach 1 min eintritt.
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